JP2002501601A - 改良された三重の効果を有する吸収装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 三重の効果を有する吸収装置の第３段のジェネレータ（Ｇ３）は、第３段のジェネレータ（Ｇ３）における吸収流体の金属塩濃度が重量で少なくとも６６．５％のものを使用することによって、２５psig未満、より好ましくは、１５psig未満の蒸気圧で作動可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された三重の効果を有する吸収装置及び方法 背景の技術 米国特許第5,335,515号及び第5,390,509号には、三重の効果を有する吸収サイ クル装置及びシステムが開示されている。これらは、連続的に高くなった温度で 動作する第１、第２及び第３のジェネレータに水性吸収流体を指向させる１つ又 はそれ以上の吸収器を備える。これら三重の効果を有する装置は、連続的に高く なった温度で動作しジェネレータと連通する３つの凝縮器を備える。これら３つ の凝縮器もまた相互接続されており、これにより、凝縮された冷媒が第３の凝縮 器から第２の凝縮器へと流れ、続いて第１の凝縮器へと流れ、その後、１つ又は それ以上の蒸発器へと流れる。凝縮器で発生した熱は、低い側のジェネレータを 駆動するために使用される。例えば水のような単一の冷媒がシステム全体に亘っ て使用されるこのような装置を用いることによって、共通した流れのない熱交換 器の熱伝達結合に依存する従来のシ ステムに対し、実質的な改良が達成される。 前述した三重の効果を有する装置と同様に、高温状態の第３のジェネレータに おける吸収溶液の蒸気圧は通常２５psigを越える有利な点を有し、約４０psig〜 約８０psigの間（典型的には約６０psig）で正常に動作する。多くの分野におい て、現在のボイラ規格では、１５psigを越えて動作する吸収サイクル装置のボイ ラ又はジェネレータは、動作中常時オペレータにより監視されなければならない ことを要件としている。このような要件が経済的に不利であることは明らかであ り（動作にかかる費用及び経費は非常に重要である）、ジェネレータの高圧を必 要とする装置の使用は不利な条件の下にある。本発明は、三重の効果を有する装 置及びシステムのこのような不利な点を排除することを目的とする。 発明の概要 本発明は、好適には１５psig未満への減圧下で作動する高温の第３のジェネレ ータを用いた、三重の効果を有する吸収サイクル装置の動作方法に関する。本発 明において使用される三重効果装置は、米国特許第5,335,515号、第5,390,509号 並びに第5,205,136号に開示されており、 これらの特許の開示内容の全てを参考のために本明細書において援用する。本発 明によれば、高温の第３段ジェネレータの低圧力下での動作は、第３段ジェネレ ータにおける吸収流体中において比較的高い金属塩濃度を用いることにより達成 される。第３段ジェネレータにおける濃溶液の高い濃度は、最も高温のジェネレ ータ中に流れる比較的吸収性の低い流体を使用し、水蒸気を放出させ、従来のシ ステムで使用される凝縮器に比べてジェネレータにおける塩の濃度を実質的に増 加可能にすることによって達成される。 図面の簡単な説明 図１及び図２は、本発明に従って使用及び作動され得る三重効果吸収サイクル 装置の概略図である。 好適な実施形態の詳細な説明 図１及び図２は、三重効果サイクル装置を概略的に示しており、これらは米国 特許第5,390,509号の対応の図１及び図２と実質的に同一である。図示する三重 効果システムのそれぞれにおいて、単一の吸収器及び蒸発器が用 いられている。ただし、本発明は、単一の吸収器を備える装置に限定されず、２ つ又は３つの吸収器及び２つ又は３つの蒸発器を用いても良い。このように、米 国特許第5,335,515号及び第5,390,509号に記載及び開示される装置の全てが、本 発明において使用され得る。液体溶液の分野において、流体の結晶化の制限によ りサイクルの安全動作に危険がもたらされる場合には、複数の吸収器及び蒸発器 ユニットが有利である。ただし、本発明の説明を比較的容易にするために、単一 の蒸発器・吸収器システムが示される。本発明の基本的な特徴は、規格によりオ ペレータの観察が必要とされる圧力を下回るような内部吸収流体蒸気圧で高段ジ ェネレータＧ₃を動作することにある。例えばローカルな規格によりジェネレー タにおける圧力が１５psigの場合にオペレータの存在が必要とされる場合、本発 明によれば、高段ジェネレータＧ₃は１５psigを下回って動作する。勿論、より 低い段のジェネレータＧ₂及びＧ₁もまた、規格によるオペレータ要件を下回る圧 力で動作する。低圧力での動作は、第３段ジェネレータの吸収流体中の塩の濃度 を実質的に増加させることによって達成される。前述の特許に記載されるような 従来の装置を使用する場合において、典型的には、高段ジェネレータＧ₃内の吸 収流体中の塩の濃度は、ジェネ レータに供給される比較的低い濃度の約４％〜約６％だけ水を放出することによ り増加する。従って、このような従来の典型的なシステムにおいては、高段ジェ ネレータＧ₃を出た吸収流体中の塩濃度は、吸収器又は低段ジェネレータからこ のジェネレータに供給される吸収流体中の塩濃度よりも約４％〜約６％高い。本 発明において、２５psig未満のジェネレータ動作圧力を与えることを可能でかつ 十分となるように、第３のジェネレータ内の濃溶液の塩濃度は実質的に増加され る。具体的な塩濃度の増加は、ジェネレータに導入されたより希薄な溶液中の塩 濃度に対し、重量で約１０％〜約２５％の間、好適には、約１２％〜約２０％の 間にある。このような塩濃度の増加は、ジェネレータ内への吸収流体の比較的低 い流れを利用して達成される。 ジェネレータ、特に高段ジェネレータＧ₃内の温度は、前述の特許において説 明されたものと実質的に同一である。典型的な第３段ジェネレータの動作温度は 、約３８０°Ｆ〜約５００°Ｆの間であり、最適な動作温度は約４００°Ｆ〜約 ４５０°Ｆの間である。第３段ジェネレータＧ₃は、経済的な理由から、好適に は当業者には公知のバーナ及び燃焼空気予熱装置により直接加熱される。ただし 、好適には、高温ジェネレータＧ₃は、段階的な交 換、即ち、揚水流体循環装置を用いて間接加熱され得る。高温ジェネレータを加 熱するのに必要とされるのを下回る、残存エネルギー即ち顕熱は、低段ジェネレ ータの１つ又は両方に向けられる。このように、第３段ジェネレータが直接加熱 される場合には、利用可能な高温の燃焼ガスが低段ジェネレータの１つ又はそれ 以上を加熱するために向けられる。 図１及び図２に示されるように、ここに引用文献として開示された前述の米国 特許第５３３５５１５号及び第５３０９５０９号に開示された詳細な記載と実質 的に同様の、一つ或いはそれ以上の吸収器及び３つのジェネレータの間の水性吸 収流体を達成するための流体回路は、直列流、並列流、逆流とすることができ、 ２つ或いはそれ以上の異なる流れが合成されたものについても同様である。その ように、吸収器のうち少なくとも一つ或いはそれ以上は、同一の流体を一つ以上 のジェネレータに供給し、適正な熱平衡の為に流れが測定される。故に、通常異 なる吸収器から異なるジェネレータに流れる質量又は体積は同一でなく、流体を 結合する際に接点を用いる際には、特定のジェネレータへの特定の流れは、所望 のように選択及び調整可能である。特に、本発明に関して、低い流速を達成し且 つ吸収流体内の塩濃度が実質的に増 加することを許容するためには、第３段のジェネレータＧ₃への流れを調整し、 制御し、測定することが重要である。故に、図１に示すように、流れ接点１３及 び１５は、低段ジェネレータＧ₂及びＧ₁への流れの質量及び体積を選択するため の、適切な管寸法の制限部又は絞り弁を包含していることが好ましく、高温度ジ ェネレータＧ₃についても同じである。同様に、図２において、本発明を実行す るために接点２７及び２８は、接点２６及び２９と同様、ジェネレータＧ₃への 吸収流体の適切な流れを最終的に選択するための、制限部又は絞り弁を有する適 切な寸法の管を備えることができる。 本発明に係る前記の三重効果システムは図１に示すような並列流サイクル配置 を利用し、再度の説明になるが、吸収器及び／又は蒸発器は、図示された単一の 吸収器システムに制限されない。そのような並列流システムは、前記の引用特許 に詳細に記載されているような、流体ループに向けられる直列流及び／又は逆流 と結合可能である。好ましくは、第３段ジェネレータＧ₃への流れは、全体シス テムの薄い溶液流れ、即ち、単一の吸収器システムにおける吸収器からＧ₃への 流れの一部、或いは、３つの吸収器システムにおけるＡ₃、又は、２つの吸収器 システムにおけるＡ₂若しくはＡ₂からＧ₃への一部で示された、薄い吸収溶 液の約２０％（重量又は体積）未満である。より好ましくは、第３段ジェネレー タへの薄い溶液流れは、システムにおける全ての薄い溶液流れの約１５％未満で ある。 本発明に係るシステムの吸収流体を形成する溶液は、金属塩の水溶溶液で、ア ルカリ金属、アルカリ性成いは遷移金属のハロゲン化物、或いはアルカリ金属水 酸化物であることができる。ハロゲン化物は、好ましくは臭化物或いは塩化物で 、好ましい金属はリチウムである。故に、好ましい塩は臭化リチウム成いは塩化 リチウム、成いはそれらの混合物であり、臭化リチウムが最も好ましい。そのよ うなリチウムハロゲン化物塩は少なくとも重量が66.5％に濃縮され、最高段ジェ ネレータＧ₃において本発明にかかる所望の低蒸気圧を達成する。好ましくは、 第３段のジェネレータにおける強溶解性リチウムハロゲン化物は、重量において 、約67％から約76％である。上記のうち他の金属ハロゲン化物も同一の蒸気圧抑 制領域において用いられる。しかしながら、用いられるあらゆる特定の塩又は塩 混合物の濃度は、所望の低圧での第３段のジェネレータ出口における濃度を測定 することにより決定されることができる。 他の金属塩は、アルカリ金属水酸化物或いはそのような水酸化物の混合物を包 含し、水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化ル ビジウム、及 びこれらの混合物が好適である。高段における所望の低蒸気圧を達成するための 強溶解性流体の濃度は約７０％及びから約８８％の間である。しかし、第３段を 所望の低圧条件下に作動できるように、特定の濃度が直ちに決定されることがで きる。 ハロゲン化金属塩が用いられている際、例えば、水酸化リチウム或いは水酸化 ソジウムなどのアルカリ金属水酸化物を用いて腐食問題を軽減するために流体の ｐＨ値を制御するように、水酸化物を取りこむことが重要である。溶解温度の為 に高段ジェネレータにおいて腐食抑制剤を用いることも特に重要である。モリブ デン酸塩、珪酸塩、タングステン酸塩、ホウ酸塩、硝酸塩或いはそのような腐食 抑制剤の２つ或いはそれ以上の混合物を用いることができる。そのような腐食抑 制剤の使用は当業者には周知である。リチウムハロゲン化物の水性吸収流体を用 いる際、結晶化抑制添加剤を用いることが望ましい。そのような添加剤はエタノ ールアミン及びエチレンジアミンを包含し、このことは当業者に公知である。 例えば図１に示す三重効果吸収システムは臭化リチウムの吸収流体を用いて作 動される。第３段ジェネレータに導入される弱溶解性吸収流体の温度は312.0° Ｆで、臭化リチウムの濃度は重量で54.36％である。ジェネレータＧ₃か ら放出される溶液の温度は426.4°Ｆで、臭化リチウムの濃度は重量で71.75％で ある。反応過程において、ジェネレータＧ₃の最大圧力は11.73psigである。シス テムにおけるジェネレータＧ₂からの臭化リチウムの濃度は57.35％であり、ジェ ネレータＧ₁においては57.19％である。 図２における逆流サイクル装置を実行する際、ジェネレータＧ₃に導入される 水性吸収溶液内の臭化リチウムの濃度は58.37％であり、冷媒放出後においては 、ジェネレータから放出される流体は臭化リチウム濃度が重量において70.93％ である。ジェネレータＧ₃へ導入される弱溶解性溶液の処理温度は352.7°Ｆで、 ジェネレータより流出される濃縮された溶液は424.5°Ｆの温度である。三重効 果サイクルの作動中の高段のジェネレータＧ₃における吸収流体の最大蒸気圧は1 3.60psigである。ジェネレータＧ₂に導入される溶液中の臭化リチウム濃度は重 量で56.27％であり、ジェネレータより流出される際は重量で58.37％である。ジ ェネレータＧ₁に導入される吸収溶液は重量で55.13％の塩を有し、ジェネレータ より流出される際は56.27％の塩を有する。 前記のように、本発明は三重効果吸収サイクル装置を備える高段のジェネレー タＧ₃の、25psig未満の圧力、好ましくは20psig未満の圧力、更に好ましくは15p sig未満の圧 力における作動に関する。しかし、この目的は、ジェネレータ圧力用にコードに よって要求されるか又はコードが要求する以上のシステム作動中における、従来 の人的操作又は監視者の必要性を回避することである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１又はそれ以上の吸収器と、 １又はそれ以上の蒸発器と、 アルカリ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属のハロゲン化物、或いはアルカ リ金属の水酸化物を含む金属塩の水性溶液を有する吸収流体をそれぞれ受け入れ る第１，第２及び第３段のジェネレータと、 前記第１，第２及び第３段のジェネレータにそれぞれ作用するように連通し、 より高温で順次作動させる第１，第２及び第３の凝縮器とを備え、 前記第３段のジェネレータにおける前記水性溶液の前記金属塩の濃度は、作動 時の蒸気圧が２５psig未満となるように、十分な高濃度である三重の効果を有す る吸収装置。 ２．前記金属塩はリチウムハロゲン化物である請求項１に記載の装置。 ３．前記金属塩はリチウム臭化物である請求項１に記載の装置。 ４．前記水性溶液はリチウムハロゲン化物の混合体である請求項１に記載の装置 。 ５．前記水性溶液はリチウム臭化物及びリチウム塩化物の混合体を有している請 求項４に記載の装置。 ６．前記第３段のジェネレータにおける前記リチウムハロゲン化物の前記高濃度 は、重量で少なくとも６６．５％である請求項２，３又は４に記載の装置。 ７．前記第３段のジェネレータにおける前記リチウムハロゲン化物の前記高濃度 は、重量で約６７％から約７６％までの間である請求項２，３又は４に記載の装 置。 ８．前記吸収流体における前記金属塩濃度は、前記第３段のジェネレータにおけ る作動時の蒸気圧が１５psig未満となるのに十分である請求項１に記載の装置。 ９．前記金属塩は、アルカリ金属水酸化物、又は、アルカリ金属水酸化物の混合 体である請求項１に記載の装置。 １０．前記金属塩は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水 酸化ルビジウム又はその混合体である請求項１に記載の装置。 １１．前記第３段のジェネレータにおける前記金属塩の前記高濃度は、重量で約 ７０％から約８８％までの間である請求項１０に記載の装置。 １２．並列流における前記吸収器の少なくとも１つから複数の前記ジェネレータ に前記水性吸収流体を向けるための、１又はそれ以上の流体ループを備える請求 項１に記載の装置。 １３．前記第３のジェネレータに流れ込む流体は、前記第 ３のジェネレータに向けられる水性吸収流体の総量の２０％未満である請求項１ から１２のいずれかに記載の装置。 １４．前記第３のジェネレータに流れ込む流体は、前記第３のジェネレータに向 けられる水性吸収流体の総量の１５％未満である請求項１から１２のいずれかに 記載の装置。 １５．１又はそれ以上の前記流体ループは、前記ジェネレータの１つから１又は それ以上の他の前記ジェネレータに水性吸収流体の第１の部分を向けるために、 少なくとも１つの流れ分配接点を備える請求項１から１２のいずれかに記載の装 置。 １６．並列流における前記吸収器の少なくとも１つから複数の前記ジェネレータ に前記水性吸収流体を向けるための、１又はそれ以上の流体ループを備える請求 項１３に記載の装置。 １７．並列流における前記吸収器の少なくとも１つから複数の前記ジェネレータ に前記水性吸収流体を向けるための、１又はそれ以上の流体ループを備える請求 項１４に記載の装置。 １８．流れ分配接点からの水性吸収流体流れの第１部分及び第２部分の重量又は 体積は等しくない請求項１５に記載の装置。 １９．直列流における前記吸収器の少なくとも１つから複 数の前記ジェネレータに前記水性吸収流体を向けるための、１又はそれ以上の流 体ループを備える請求項１に記載の装置。 ２０．１又はそれ以上の前記流体ループは、前記ジェネレータの１つから１又は それ以上の他の前記ジェネレータに水性吸収流体の第１の部分を向けるために、 少なくとも１つの流れ分配接点を備える請求項１９に記載の装置。 ２１．直列流における前記吸収器の少なくとも１つから複数の前記ジェネレータ に前記水性吸収流体を向けるための、１又はそれ以上の流体ループを備える請求 項１２に記載の装置。 ２２．１又はそれ以上の前記流体ループは、前記ジェネレータの１つから１又は それ以上の他の前記ジェネレータに水性吸収流体の第１の部分を向けるために、 少なくとも１つの流れ分配接点を備える請求項２１に記載の装置。 ２３．前記第３段のジェネレータは直接加熱される請求項１に記載の装置。 ２４．前記第３段のジェネレータは、燃焼用空気の予熱手段を備えている請求項 ２３に記載の装置。 ２５．前記第３段のジェネレータからの燃焼ガスは、１又はそれ以上のより低段 の前記ジェネレータを加熱するのに利用される請求項２３に記載の装置。 ２６．前記第３段のジェネレータにおける前記水性溶液は、金属ハロゲン化物を 有しており、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物によるＰＨコントロ ールが付加されている請求項１に記載の装置。 ２７．前記第３段のジェネレータにおける前記水性溶液は、モリブデン酸塩、ケ イ酸塩、タングステン酸塩、ホウ酸塩、クロム酸塩又は硝酸塩、或いは、その２ つ又はそれ以上の混合体が付加された防蝕剤を含んでいる請求項１に記載の装置 。 ２８．前記第３段のジェネレータにおける前記水性溶液は、リチウムハロゲン化 物を有しており、エタノールアミン又はエチレン・ジアミンが付加された結晶化 抑制剤を含む請求項１に記載の装置。 ２９．アルカリ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属のハロゲン化物、或いはア ルカリ金属の水酸化物を含む金属塩の水性溶液を有する吸収流体をそれぞれ受け 入れ、より高温で順次作動する第１，第２及び第３段のジェネレータを備えた三 重の効果を有する吸収サイクル装置の操作方法であって、蒸気圧が２５psig未満 となるように前記第３段のジェネレータを作動させることを含む方法。 ３０．前記金属塩はリチウムハロゲン化物を備え、前記第３段のジェネレータに おける前記リチウムハロゲン化物の 濃度を重量で少なくとも６６．５％まで増加させる請求項２９に記載の方法。 ３１．前記第３段のジェネレータにおける前記リチウムハロゲン化物の濃度を、 重量で約６７％から約７６％の間まで増加させる請求項２９に記載の方法。 ３２．前記第３段のジェネレータは、１又はそれ以上のアルカリ金属水酸化物の 水性溶液を受け入れ、前記第３段のジェネレータにおけるその濃度を、重量で約 ７０％から約８８％の間まで増加させることを含む請求項２９に記載の方法。